Operationsverstärker und Transistoren

Frontmatter

Kapitel 1. Die 10 wichtigsten Lösungsmethoden der Schaltungstechnik

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden die 10 wichtigsten Lösungsmethoden der Schaltungstechnik dargestellt. Besonderen Wert legt dieses Kapitel auf die Methoden, die in der Literatur wenig bis gar nicht angewendet werden: die Quellenverschiebung und die Quotientenmethode. Bei letzterer Methode wird das Zeichen der Parallelschaltung \(\parallel \) als Operator betrachtet, dessen Einsatz sich dadurch nicht ausschließlich auf Widerstände beschränkt.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 2. Diode

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird die Diode als Bauelement behandelt. Kennlinie und Ersatzbilder für Gleichstrom und kleine Signale werden dargestellt, ebenso die Scherung der Kennlinie mit einem Widerstand. An einigen Beispielen werden verschiedene Anwendungen gezeigt.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 3. Transistoren

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden Transistorschaltungen behandelt. Die hierbei verwendeten Ersatzbilder ermöglichen Schaltungsumformungen durch Transformationen, aus denen sich das Rechnungsergebnis meist direkt ohne weitere mathematische Umformungen hinschreiben lässt. Im Fokus liegt hierbei die Wechselstrombetrachtung im Kleinsignalbereich. Leistungselektronik wird nicht betrachtet.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 4. Feldeffekt-Transistor

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden Junction-Feldeffekttransistoren behandelt. Der Arbeitspunkt wird graphisch ermittelt. Die Kleinsignalbetrachtung der einzelnen Grundschaltungen werden dual zu den Bipolartransistoren dargestellt.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 5. Der ideale Operationsverstärker

Zusammenfassung

Dieses Kapitel widmet sich dem idealen Operationsverstärker und seiner Anwendung in typischen Schaltungen. Die verschiedenen grundlegenden Schaltungen werden dargestellt und graphisch erklärt.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 6. Der reale Operationsverstärker

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird der reale Operationsverstärker mit seinen Eingangskennwerten (Offsetgrößen) behandelt. Hier wird ein Ansatz vorgestellt, der diese Einflüsse in einer einzigen Fehlerquelle vereint und damit viele Einzelrechnungen vermeidet.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 7. Einführung in das Bodediagramm

Zusammenfassung

Dieses Kapitel stellt den Umgang mit dem Bodediagramm dar. Es ermÄglicht die Darstellung frequenzabhÄngiger GrÄÄŸen in einer doppelt-logarithmischen Darstellung, die zusÄtzlich auf die FrequenzabhÄngigkeit von Impedanzen bzw. Admittanzen erweitert wird. Einfache graphische Umformungen werden vorgestellt, mit deren Hilfe komplexe Rechnungen in der Schaltungsanalyse vermieden werden. Diese graphischen Methoden finden vor allem in der Multiplikation und Division von GrÄÄŸen im Bodediagramm Anwendung, sie lassen sich jedoch auch bei der Addition und Subtraktion unter Inkaufnahme geringer VernachlÄssigungen anwenden.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 8. Das Bodediagramm des Operationsverstärkers und dessen Einfluss auf Schaltungen

Zusammenfassung

Dieses Kapitel behandelt die frequenzabhÄngige LeerlaufverstÄrkung des OperationsverstÄrkers und deren Einfluss in Schaltungen auf Basis der bereits gewonnenen Erkenntnisse im Bodediagramm. Der sich daraus ergebende VerstÄrkungsfehler wird dabei in Gleich- und Wechselanteil aufgetrennt.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 9. Resonanz im Bodediagramm

Zusammenfassung

Dieses Kapitel betrachtet Resonanzen in skizzierten Bodediagrammen. Eine einfache Bestimmung der Resonanzüberhöhung wird anhand verschiedener Spannungsteiler mit komplexen Bauteilen dargestellt. Hierbei wird auch auf Gemeinsamkeiten bei der Behandlung von Band-, Tief- und Hochpass eingegangen.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 10. Resonanzüberhöhung (Gain-Peaking)

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird die Resonanzüberhöhung (Gain-Peaking) mathematisch und graphisch behandelt. Anhand von Verstärkerschaltungen zweiter Ordnung (Tief-, Hoch- und Bandpass) werden Kurvendarstellungen der Resonanzüberhöhung, der Peaking- und der Grenzfrequenz erarbeitet. An einigen Beispielen wird die Anwendung dieser Kurven dargestellt.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 11. Transformationen beim Operationsverstärker

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden Miller- und Bootstrapeffekt auf die passiven Elemente am Eingang bzw. zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers angewendet. Die sich daraus ergebenden Transformationen wandeln durch die Frequenzabhängigkeit der Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers auch reelle Widerstände in komplexe elektronische Bauelemente um. Die Transformationen ermöglichen eine einfache Betrachtung der Stabilität bzw. des frequenzabhängigen Verlaufs der Ausgangsspannung analog zu den bisherigen Betrachtungen bei Spannungsteilern mit komplexen Bauteilen.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 12. Überschwingen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird das Überschwingen im Zeitbereich behandelt. Bei der Herleitung der Impulsantwort für typische Übertragungsfunktionen werden ausnahmsweise aufwendige mathematische Umformungen verwendet. Bei der Anwendung in den Beispielen sind sie jedoch nicht mehr erforderlich.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 13. Gleichtaktverstärkung, Gleichtaktunterdrückung

Zusammenfassung

Dieses Kapitel behandelt die Gleichtaktverstärkung und die Gleichtaktunterdrückung von Operationsverstärker-Schaltungen. Es werden diesbezüglich verschiedene Schaltungen im gesamten Frequenzbereich untersucht.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 14. Slew-rate, Anstiegszeit

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird der Einfluss der Slew-rate eines Operationsverstärkers auf die Anstiegszeit und Grenzfrequenz einer Schaltung untersucht.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 15. Stromquellen mit Operationsverstärkern

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden als Stromquellen wirkende OperationsverstÄrkerschaltungen dargestellt. Anhand mehrerer Schaltungsbeispiele wird der Einfluss des realen OperationsverstÄrkers auf das Bodediagramm des Ausgangsstromes und des Innenwiderstandes berechnet und graphisch dargestellt. Besonderen Wert wird auf StabilitÄt und Impulsantwort gelegt.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 16. Kompositverstärker

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden Kompositverstärker mit zwei Operationsverstärkern behandelt. Der graphische Ansatz im Bodediagramm erlaubt auch die Stabilitätsbetrachtung der verschiedenen Schaltungen.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 17. Filter

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden verschiedene Filter mit Operationsverstärkern behandelt. Der Schwerpunkt liegt auch hier auf der Stabilität und der Impulsantwort der Schaltung.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 18. Operationsverstärkerschaltungen I (Grundlagen)

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden die Spannungsverstärkung, der Eingangs- und der Ausgangswiderstand anhand konkreter Grundschaltungen mit Operationsverstärkern im gesamten Frequenzbereich berechnet und graphisch dargestellt. Bei einzelnen Schaltungen werden auch die Stabilität im Frequenzbereich und die Impulsantwort im Zeitbereich betrachtet.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 19. Operationsverstärkerschaltungen II (Weiterführende Schaltungen)

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden weitere Operationsverstärkerschaltungen behandelt wie Gleichrichterschaltungen und Schaltungen mit sowohl Mit- als auch Gegenkopplungen. Einen besonderen Schwerpunkt bilden Transimpedanzverstärker und deren Stabilitätsbetrachtungen.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 20. Transistorschaltungen bei höheren Frequenzen

Zusammenfassung

Dieses Kapitel behandelt Transistorschaltungen bei höheren Frequenzen. Dual zu den Transformationen mit Miller- und Bootstrapeffekt bei Operationsverstärkerschaltungen können auch Transistorschaltungen bei höheren Frequenzen über diesen Ansatz betrachtet werden. Aus dem Bodediagramm der Spannungsverstärkung, des Eingangs- und des Ausgangswiderstandes lässt sich ebenfalls die Stabilität der Schaltung ablesen. Auch Stromquellen- und Stromspiegelschaltungen mit Transistoren werden im gesamten Frequenzbereich betrachtet.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 21. Differenzverstärker mit Transistoren

Zusammenfassung

Dieses Kapitel ist dem diskret aufgebauten Differenzverstärker mit Transistoren gewidmet. Auch hier wird auf die Gleichtaktunterdrückung und das Verhalten bei höheren Frequenzen eingegangen.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Kapitel 22. Klirrfaktor

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird der Klirrfaktor bei Transistor-Verstärkerschaltungen und Transistor-Differenzverstärkerschaltungen behandelt. Die Ergebnisse werden jeweils bezüglich fester Ein- bzw. fester Ausgangsspannung ermittelt, da sich der Einfluss der Gegenkopplung auf den Klirrfaktor in beiden Fällen unterscheidet.

Albrecht Zwick, Jochen Zwick

Backmatter